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水稻是世界上最重要的粮食作物。稻瘟病是水稻主要病害之一,稻瘟病发生可引起水稻大幅减产,甚至颗粒无收。研究并简明水稻的抗稻瘟病机制对于水稻抗稻瘟病育种具有重要意义。本实验首先应用稻瘟病菌接种法鉴定了 15个供试水稻材料对稻瘟病的抗性,并通过PCR技术检测了供试水稻材料中抗稻瘟病主效基因Pi-b、Pi-ta、Pi-k的组成情况。进而挑选出均含有Pi-b、Pi-ta、Pi-k基因的代表性抗稻瘟病品种中预14和感稻瘟病品种中江粳31450为后续实验材料,利用qRT-PCR技术分析了Pi-b、Pi-ta Pi-基因表达对环境因素、激素、硅和过氧化氢处理的响应,并利用转录组测序、qRT-PCR、蛋白组学技术分析了全基因组转录和蛋白质表达对稻瘟病菌处理的应答。主要结果如下:1.抗稻瘟病基因表达对环境因素、激素和硅、过氧化氢处理的响应低温和弱光处理导致Pi-b在抗稻瘟病和感稻瘟病品种中较对照均显著上调表达,但高湿对Pi-b基因的表达量无显著影响;低温、弱光和高湿处理均导致Pi-ta、Pi-k在抗稻瘟病品种中预14叶片中较对照显著上调表达,弱光处理也导致Pi-ta、Pi-k在感稻瘟病品种中江粳31450叶片中较对照显著上调表达。在抗稻瘟病品种中预14叶片中Pi-k、Pi-ta基因受到六种激素和硅、过氧化氢处理后较对照显著上调表达;同时激动素、多效唑和硅处理也导致感稻瘟病品种中江粳31450叶片中Pi-ta较对照显著上调表达;而在中江粳31450叶片中上述处理对Pi-k表达量的影响不显著。在中预14叶片中Pi-b基因受到脱落酸、激动素、吲哚乙酸处理处理后较对照显著上调表达;在中江粳31450中,硅、激动素、多效唑处理也导致Pi-b较对照显著上调表达。综上,Pi-ta、Pi-b、Pi-k基因的表达受到低温、弱光和高湿等不良环境因素的诱导,同时也受到六种激素和硅、过氧化氢处理的诱导。且两供试品种相比,各种因素处理使Pi-b、Pi-ta、Pi-k基因在抗稻瘟病品种中的表达诱导幅度高于感稻瘟病品种。这可能是导致这两个水稻品种对稻瘟病产生抗感差异的重要因素之一。2.水稻基因转录对稻瘟病菌处理的应答转录组测序结果表明:两供试水稻叶片中抗菌、次生代谢、解毒酶和抗氧化酶及伴侣蛋白、转录因子、激素代谢和应答相关基因的表达能对稻瘟病菌处理作出响应。(1)仅在抗稻瘟病品种中预14中受稻瘟病菌处理特异性诱导表达的与抗菌相关的基因有:抗病 RPP13-类-蛋白 3、proteinLURP-one-related5、proteinLURP-one-related7、ent-cassadiene C11-alpha-hydroxylase 1、protein TIFY 10c、防御素-类蛋白、chemocyanin、奇异果甜蛋白、跨膜蛋白45B、稻内酯A合成酶。尤其是与抗稻瘟病主效基因Pi-ta同源的抗病RPP13-类-蛋白3、稻内酯A合成酶、防御素-类蛋白、奇异果甜蛋白基因在稻瘟病菌处理后的诱导表达,可能是水稻品种中预14高抗稻瘟病的重要机制。本试验还发现,在感稻瘟病品种中江粳31450中有多个与抗菌相关基因的表达受稻瘟病处理的特异性抑制,尤其是与抗稻瘟病主效基因Pi-ta同源的抗病RPP13-类-蛋白3和RPMl-相互作用蛋白4基因表达受到稻瘟病菌处理的抑制,可能是该品种高感稻瘟病的主要机制之一。(2)本实验检测到在抗稻瘟病品种中预14叶片中有11个与次生代谢相关基因的表达受到稻瘟病菌处理的诱导,而在感稻瘟病品种中江粳31450中却只检测到2个表达显著上调基因。可见,和感稻瘟病品种相比,稻瘟病菌处理能在更大程度上激活抗稻瘟病品种中的次生代谢,这可能也是中预14在次生代谢水平上高抗稻瘟病的机制之一。(3)在抗稻瘟病品种中预14叶片中,与Ⅰ相解毒反应相关的多个细胞色素P450、与Ⅱ相解毒反应相关的谷胱甘肽S-转移酶GSTU6和UDP-糖基转移酶、与Ⅲ相解毒反应相关的5个ABC载体家族成员基因的表达均受到稻瘟病菌处理的诱导;而在感稻瘟病品种中江粳31450中谷胱甘肽S-转移酶GSTU6和ABC载体家族成员基因的表达却受到稻瘟病菌处理的抑制。另外在抗稻瘟病品种中预14叶片中解毒蛋白35和29基因的表达受到稻瘟病处理的诱导,而在感稻瘟病品种中江粳31450中解毒蛋白21、48和49基因的表达受到稻瘟病处理的抑制。上述结果表明,在稻瘟病菌处理下,抗稻瘟病水稻品种较感稻瘟病品种有更强的解毒能力。(4)在抗稻瘟病品种中预14叶片中与抗逆转录调控相关的脱水应答基序结合蛋白1G、乙烯应答转录因子ABR1、5个WRKY转录因子、NAC转录因子29、NAC结构域含有蛋白92、MADS-盒转录因子基因的表达受到稻瘟病菌处理的诱导,而在感稻瘟病品种中江粳31450叶片中有大量的脱水应答基序结合蛋白、乙烯应答转录因子、WRKY转录因子、NAC结构域含有蛋白、转录因子bHLH、转录因子MYB基因的表达受到稻瘟病菌处理的抑制。显然,这是在基因表达调控层次上中预14高抗稻瘟病而中江粳31450高感稻瘟病的重要机制。(5)在抗稻瘟病品种中预14叶片中能催化乙烯合成的1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶同源1、能抑制有活性赤霉素转化的赤霉素2-β-双加氧酶8、能负反馈控制JA-Ile水平的细胞色素P450 94B3、能调节叶片衰老的生长素应答蛋白SAUR36基因的表达受到稻瘟病菌处理的诱导,而在感稻瘟病水稻品种中江粳31450中这些基因的表达均受到稻瘟病菌处理的抑制;不仅如此,在中江粳31450叶片中还有更多类型的与激素代谢和应答相关基因的表达受到稻瘟病菌处理的抑制。这可能是在激素代谢和应答水平上中预14高抗稻瘟病而中江粳31450高感稻瘟病的重要机制。3.水稻蛋白表达对稻瘟病菌处理的应答蛋白质组学分析表明,抗稻瘟病品种中预14叶片在受稻瘟病菌处理后与抗氧化酶(包括超氧化物歧化酶和2-Cys过氧化物还原酶BAS1)、与光合作用相关的酶或蛋白(包括RuBisCO大亚基和铁氧还蛋白-1)、与氨基酸代谢相关的酶(包括甘氨酸裂解系统H蛋白、甘氨酸脱氢酶、谷氨酰胺合成酶)上调表达,这有利于稻瘟病菌侵染后抗稻瘟病品种中的抗氧化防卫;有利于光合作用、氨基酸合成和代谢的加快。多种热休克蛋白表达上调是感稻瘟病品种中江粳31450叶片中蛋白质组表达对稻瘟病菌处理应答的主要特征。此外,在中江粳31450叶片中与抗病原菌相关的Barwin蛋白和非特异性脂质转移蛋白1、与解毒相关的谷胱甘肽S-转移酶蛋白的表达也受到稻瘟病菌处理的诱导。同时,在感稻瘟病品种中江粳31450叶片中有许多蛋白的表达受到稻瘟病菌处理的抑制,这其中包括参与糖酵解和呼吸链电子传递相关的酶蛋白、与光合作用相关的蛋白、与蛋白质水解和转运相关的蛋白、与转录调节和起始相关的蛋白、与抗菌相关的蛋白(如P21蛋白)等,这些重要蛋白表达的下调能降低感稻瘟病品种中抗病所需能量的供给、降低叶片内蛋白质的轮换、抑制抗病相关基因的表达,这显然也是中江粳31450高感稻瘟病的机制之一。